现控实验一 状态反馈与状态观测器难点.docx

状态反馈与状态观测器一、实验目的1．掌握状态反馈极点配置的设计方法。2．研究不同极点配置对系统动态性能的影响。3．掌握全维观测器的构成及设计方法。4．研究观测器在状态反馈极点配置中的应用。二、实验仪器1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验内容被控对象模拟电路图如图7-1。图7-1 被控对象模拟电路系统数学模型Wn=10.176 f=0.1929 tp= （1）被控对象传递函数为Gp（s）=Y（s）/U（s）=100/(s2+3.928s+103.57) （2）被控对象状态方程 X=Ax+BuY=Cx式中C=100 0带有状态观测器的状况反馈系统方框图示于图7-2。图7-2 系统方框图图中 G=eAT H=0T(t)dtB(t)=eAt K 1×2维状态反馈系统矩阵，由计算机算出。 L2×1维观测器的反馈矩阵，由计算机算出。 Kr 为使y(t)跟踪r(t)乘的比例系数，它由计算机自动地递推算出。 4．希望的系数极点（参考值）：S1,S2=-7.35±j7.5,它对应在Z平面上应为Z1,Z2=0.712±j0.22观测器极点参考值：Z1,Z2=0.1±j0四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。阶跃响应4. 在实验项目的下拉列表中选择实验七[七、状态反馈和状态观测器] 。5. 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。跟踪响应6.实验步骤5完成后鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中选中跟踪项，然后出现新的参数设置框，设置好参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果7.修改实验参数设置窗口中所用的参数值,观察波形的变化。8.将实验内容中的参考值的实测阶跃响应曲线及性能指标记入下表中：[K1 K2]阶跃响应曲线y（t）Tpσ%ts[0.712 0.22]图10.29333.2%0.893[ 0.1 0 ]图20.2533.38%0.485图1图2五、实验小结本次实验中涉及到了未学部分的课程知识，在翻阅教材进行预习之后对状态反馈和状态观测器有了初步的了解，实验加深了我对于状态反馈和状态观测器的作用的理解。1．画出上述两个状态反馈系统的结构图和模拟线路图。2．计算这两个状态反馈系统的状态反馈阵K及相应的性能指标：tp、σ% 和tp，并与实测值进行比较，检验状态反馈极点配置是否达到了设计要求。3．画出全维观测器和降维观测器状态反馈极点配置的结构图和模拟线路图，画出这两个系统的实测阶跃响应曲线及实测性能指标tp、σ%和ts。